城市有机废物的厌氧消化潜力：瑞典马尔默项目研究（译文）

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　　在瑞典，研究人员已经完成一项有关现有的有机废弃物类型的研究。其目的是为了搜集有关城市有机废弃物种类的信息，以便能够准确估计污水处理厂废水处理规划中的废水厌氧消化处理能力。
　　关键词：生物气体，有机废弃物，甲烷，厌氧消化，潜力。
　　介绍：
　　按照瑞典国家资源回收的目标，使用厌氧消化方法对有机废弃物消化处理，以取代填埋或焚烧，这种方法正在日益增长。特别是有机废弃物填埋方法，自2005年已经严禁使用，需要更换其他处理方法。焚烧是不被禁止的，但某些类型的废弃物，更适合于厌氧消化处理，比焚烧效果好。厌氧消化，可用于生物降解废弃物的处理，同时产生以甲烷气体形式存在的沼气，和被消化的残渣-肥料。焚烧是最适合干燥废弃物的处理方法，能使能源以电和热的形式回收。虽然电力和热量也可以从甲烷中产生，但最大的可持续性收益是甲烷被作为汽车燃料使用，并且在瑞典被各领域广泛应用，因为它取代了矿物燃料-石油，减少了二氧化碳的排放量和空气中的放射性微粒。考虑到这一点，有机废物的厌氧消化被认为是一个比焚烧更可持续的处理方式，并且产生可再生的能源。此外，在瑞典焚烧能力有限，不足以处理所有的有机废物。
　　在马尔默/哥本哈根地区，一项关于有机废料厌氧消化潜力的研究已在ORESUND环境计划（OEA,2004年）内完成。其目的是为了通过指导使一些有机废料从传统的处理方法（如：填埋，焚烧）转到厌氧消化的方法上，从而进一步研究有机废弃物的优化管理方法。
　　本研究的主要目的是收集有关瑞典马尔默市有机废弃物种类的资料，和估测在污水处理厂大罐中的废弃物的厌氧消化处理潜力。在研究中，一些种类的废弃物通过分析和消化实验得以进一步评估，确定它们加入到污泥消化罐中的数量，以便增加沼气产量或促进有机废弃物和污泥消化分解，从而达到最优化使用消化残渣的目的。
　　材料与方法：
　　库存数据
　　首先所获得的数据是取得具体地点的资料（包括前城内资料，废弃物处理部门的资料和城内废弃物处理设施）。其余的相关数据是人口、户数等一些信息。一些种类的有机废弃物在大多数城市都存在，比如：家庭有机废弃物，隔油池污泥，餐厅废弃物和市场废弃物。其特点及数量随着城市的大小、分拣导向、收集和预处理程度而变化。通过已有的重要数据研究人员可以估算出每一种类型的废弃物潜在数量。
　　消化试验
　　消化试验包括甲烷潜力测试（汉森于2004年），30-50天后产生沼气，并继续小规模不间断消化降解试验（希内政于2003年，贾森于2004年），在评估沼气产量前，废弃物需要消化降解几个月后才能产生沼气，但这对于模拟全面运行是非常有用的。
　　被测试的废物类型
　　下列废弃物类型的单基消化和混合消化已完成‘
　　1、来自家庭中预处理的城市有机垃圾；
　　2、从污水处理厂出来的污泥。
　　3、从隔油池滤出的污泥。
　　4、水果和蔬菜废弃物。
　　甲烷潜力测试
　　通过使用一个厌氧批处理实验室来测量甲烷潜在力，这种方法被用于测量已分类的家庭废弃物和相似的基体。在测试中使用了带隔膜软木的2-L反应器，填装500ml已消化分解的残渣和测试基体(废弃物)。多功能沼气池的残渣和废弃物按比例为60：40添加。在所有测试中，反应器温度被保留在35度，但测试城市有机垃圾须在55度。气体色谱分析仪器监测反应器顶部空间甲烷的产生情况，通常在30-50天以后开始，直到甲烷生产停止为止。在实验结束时,甲烷潜在量被计算为加入到反应器的挥发性固体累计甲烷的产生量。来自消化残渣产生的甲烷被减去。所有测试被做成一式两份或三份，以纤维素的消化指标作为参考并且单独测试残渣以测算甲烷含量,。运用标准方法(APHA1989)，人们对残渣成分、酸碱度、氨盐基和重量在测试前后,进行了测量。使用高压气体注射器从反应器中抽出0.2ml甲烷生产样品。在气体色谱分析仪(Agilent6850系列)内测量甲烷，该仪器装备有火焰电离探测器(FID)。它是一个30m长/0.32毫米直径/0.25um厚的圆柱体。
　　连续的小规模消化试验
　　用作连续的消化实验设备类似一个大规模全能型沼气工厂，包括热化,给料,搅动和气体收集。各套试测器材包括一个连接77-L气体收集池的35-L圆柱形消化容器。在一些实验中温度被控制在55度,但反应器温度主要在35度,这个温度被使用在马尔默污水处理厂的大规模全能型消化池中。各类型废弃物在沼气产出量评估之前，至少被放置2-3个月。这样做是为了保证消化处理的稳定性和减少被作为起始的材料使用的残渣的影响。一台顶置机械搅拌器保证了槽料的完全混合。每天给料和人工清除一次残渣。水力保留时间是10-20天。由于装载量比较多，因此对于每天每立方米3公斤易变的固体有机物，有必要稀释占总固体废弃物5%的废弃物的给料。计算机控制每日消化池的温度和酸碱度，包括每个星期运用标准方法(APHA1989)对HOC3、挥发性脂肪酸(VFA),总固体废弃物,易变的固体废弃物，磷-总量，氮-总量和氨氮进行测量。
　　结果和讨论：
　　结果表明，污水处理厂污泥量远远大于每年最大的废弃物湿重数量（285000吨/年），和其他城市有机废弃物约达50000吨/年的数量。另一方面，当评估厌氧消化的潜力时，总固体废弃物和易变的固体废弃物含量是重要指标。
　　在马尔默，人们可以根据不同情况，考虑不同的因素，评估每一种废弃物的甲烷产生量，例如潜在数量（湿量与易变的固体废弃物量），收集点数量，是否需要预处理，目前的处理方式和消化残渣的潜在利用。
　　城市有机垃圾中的很大一部分是易变的固体废弃物，它们产生在市区。另一方面，这种废弃物的源头分类和收集系统会很复杂，并且收集点数量较多。目前，这一类型的废物，在马尔默能源回收过滤厂被焚烧。城市有机垃圾是一个复杂的基载体，包括其他物质，如：养分。如果它被很好的分类以及恰当处理，即不污染环境，又能够产生适合作为肥料的消化残渣。
　　在马尔默研究项目中，污水处理厂污泥含有大量易挥发固体腐料。在35度时它被厌氧消化处理，这是一个简单的方式用来产生甲烷和减少有机物含量。最初的消化处理的目的就是为了获取稳定的污泥。在瑞典消化降解后的残渣带来一个问题，因为它不被农民接纳，用于农田施肥。污水处理厂污泥可以与其他废弃物一起用于混合消化处理，如隔油池污泥，就是一个合适的基础材料，它含有各种营养素和微量营养素，需要微生物的降解过程。